超大型樞紐建筑節(jié)能設計與施工技術研究

孫 亮

(中鐵十九局集團有限公司 北京 100176)

1 引言

超大型樞紐在交通運輸體系具有重要的地位，它銜接多種運輸方式，輻射極大區(qū)域的客、貨運輸。隨著社會高速發(fā)展，超大型樞紐建筑越來越多。為使超大型樞紐工程達到節(jié)能降耗的標準要求，根據(jù)其空間特征、客流規(guī)律、室內環(huán)境、氣流交換條件等，研究超大型樞紐的節(jié)能設計與施工，具有非?，F(xiàn)實的意義。

2 工程概況

重慶火車北站綜合交通樞紐位于重慶市渝北區(qū)，在原火車北站北廣場的基礎上新、擴建，集鐵路客運、公交車、長途汽車、出租車及社會車輛等多種交通設施及交通運輸方式，在原有地鐵3號線基礎上新增地鐵4號線、10號線換乘車站。建筑物長度為550 m，寬187 m，地面以上高23.7 m，地下五層，深度達-37.6 m；地上5層，為東西兩側辦公樓。建筑總面積24.8萬m2，其中地上3.9萬m2，地下20.9萬m2，地面廣場面積(含道路、綠化)11.9萬m2[1]。

3 主要節(jié)點節(jié)能設計與施工技術

3.1 建筑圍護結構的保溫隔熱性能及施工技術

利用科學、合理的圍護結構節(jié)能技術改善圍護結構的熱工性能，是建設節(jié)能建筑的目標，也是降低建筑能耗和提高建筑舒適度最有效的措施之一。

3.1.1 外墻主體部分構造類型

由外向內分別為干掛石材+防火保溫層+蒸壓加氣混凝土砌塊+抹灰層。具體見表1。

表1 外墻類型傳熱系數(shù)

3.1.2 屋面構造類型

由上至下分別為屋面細石混凝土面層+水泥砂漿保護層+硬泡聚氨酯復合保溫板+鋼筋混凝土結構層+石灰水泥砂漿抹灰層。具體見表2。

表2 屋面類型傳熱系數(shù)計算

3.1.3 外窗構造類型

外窗框采用隔熱鋁合金型材，多腔密封，窗框窗洞面積比20%。玻璃為6中透光Low-E+12A+6透明型。具體見表3。

表3 外窗傳熱系數(shù)判定及窗墻面積比

表3中對于某一朝向外窗(包括透明幕墻)的綜合傳熱系數(shù)K的計算公式為[2]：

式中，Ai為外窗面積；Ki為外窗的傳熱系數(shù)。

3.1.4 圍護結構保溫隔熱節(jié)點施工技術

3.1.4.1 地下室外墻硬泡聚氨酯保溫板施工技術

地下室外墻硬泡聚氨酯復合保溫板采用倒置法施工，即墻體+防水層+保護層+保溫層，保溫板采用專用界面劑+粘結砂漿。專用界面劑涂刷在保溫板上，根據(jù)專用界面劑使用方法要求，界面劑晾干后涂抹聚合物粘結砂漿進行墻面粘貼施工[3]。粘貼擠塑板時，板與板之間的平整度應使用橡膠錘調整，相鄰板應齊平，保證其平坦性和牢固粘結，板與板之間要擠壓密貼，接縫之間不得有粘結砂漿，如果有擠出的砂漿需擦試干凈。如因板邊不整齊造成接縫有間隙時，接縫必須用擠壓的條狀物填充，條狀物不得用砂漿或膠水粘合。

3.1.4.2 埋入式空心樓蓋施工

本項目兩側辦公樓2～4樓隔板采用新型埋入式空心樓蓋，節(jié)能取得了良好效果。埋入式空心樓蓋可以降層高增凈高[4]。該樓框架梁高度由原來的900 mm減至700 mm，而次梁高度由700 mm減至密肋梁高450 mm，使得建筑室內空間增加了200～250 mm。

(1)埋入式空心樓蓋的結構特征

①比傳統(tǒng)密肋樓板多了一個底板，形成箱式受力構件；上、下板具有薄膜效應，提高了樓板的承載力[5]。

②空腔構件具有一定剛度，上、下面板對肋梁側向變形有很強的約束作用。試驗表明空腔構件與密肋梁之間有很好的協(xié)同工作性能。

③空腔樓蓋的箱形結構，提高了板的整體剛度，對減少樓板(肋梁)撓度有明顯作用。

④空腔樓板無需吊頂，管線吊掛方便，不僅底板可承受1.0 kN以上的吊掛力，而且在肋梁上也可吊掛。

(2)工藝流程及操作要求

工藝流程見圖1。

圖1 埋入式空心樓蓋施工工藝流程

采用預制空腔樓蓋構件，提高了樓蓋的整體性能，并具有自重輕、撓度小、保溫隔熱、隔音、空間靈活間隔等特點。密肋梁與預制空腔構件同高，形成底面平整的空腔樓蓋，有利于水平管線特別是空調管線的安裝，提高了建筑凈空間；預制箱體空腔樓蓋施工時，采用平鋪模板方式，施工簡便；采用預制箱體空腔樓蓋的房間無需吊頂，從而可以充分利用建筑層高和降低裝飾裝修成本。和傳統(tǒng)梁板結構相比，可節(jié)省鋼材20% ～30%，節(jié)省混凝土40% ～50%，節(jié)省模板15% ～20%，縮短工期30%，使土建工程費用大大降低，符合節(jié)能環(huán)保的原則。

3.2 自動扶梯節(jié)能設計

自動扶梯的節(jié)能設計考慮兩種方式：第一種是在運營初期，客流量少，通過預留扶梯安裝空間，減量安裝自動扶梯臺數(shù)，當客流達到或超過預期客流時，在預留扶梯安裝空間再行安裝，實現(xiàn)節(jié)能；另一種方式是利用傳感器，有人乘坐時，自動扶梯以正常速度運行，無人乘坐時，自動扶梯緩行或關閉，從而達到節(jié)約能源的目的[6]17-18。

3.3 采暖通風和空氣調節(jié)節(jié)能設計

(1)主下穿通道利用自然采光窗及通道出入口進行自然通風，減少機械通風系統(tǒng)的開啟時間，以節(jié)約運行能耗。

(2)本工程水系統(tǒng)設置中央空調能源管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以依據(jù)外部溫度、濕度及風速等氣候因素，通過模糊優(yōu)化算法模型計算，將主機能耗、冷凍冷卻水泵能耗、冷卻塔風機能耗在各種負荷條件下三者協(xié)同找到一個能保持系統(tǒng)效率(系統(tǒng)COP)最高所對應的冷水溫度，并以此調節(jié)水泵的輸出頻率，控制水泵轉速或運行臺數(shù)，動態(tài)調節(jié)冷水流量[7]?？刂评鋮s塔風機、冷水機組運行臺數(shù)，使水溫度趨近于模糊控制器給出的最優(yōu)值，保證整個空調系統(tǒng)動態(tài)調節(jié)冷水流量，確保整個空調系統(tǒng)始終處于最佳效率狀態(tài)下運行，整體能耗最低[8]。

3.4 建筑電氣節(jié)能設計

(1)供配電系統(tǒng)的節(jié)能

選擇節(jié)能型變壓器，大幅度降低損耗，同時占地面積小、不污染環(huán)境[9]；合理配置變壓器數(shù)量與容量，長期輕載運行的變壓器要采用小容量，長期滿載、過載運行的變壓器要采用大容量，確保變壓器處于最佳的工作狀態(tài)，減少損耗。變壓器容量選擇按負荷在65% ～75%配置。配電線路選用銅芯線；總變電所及各層配電間、層配電箱均設置在負荷中心，減少線路的長度；線路上安裝無功補償設備，采用并聯(lián)電力電容器作為無功補償裝置，優(yōu)化電網的無功配置。

(2)合理選擇照明方案

由于本項目規(guī)模較大，地面廣場照明和室內大空間照明設置智能照明控制系統(tǒng)集中控制，可在控制室按時間、場景手動或自動控制燈具開關，有效降低能耗及運行費用。

地面廣場照明設光電自動控制器，可根據(jù)光線情況自動打開和關閉照明系統(tǒng)，既方便、準確又避免浪費電能。照明系統(tǒng)運行設置為三種模式，即正常運行模式、經濟運行模式和假日運行模式[6]23-24。

(3)地下空間光導照明節(jié)能系統(tǒng)

地下內部空間以中庭回廊為中心，中庭回廊尺寸為(66×66)m，正中設有4根1.5 m柱。中庭回廊正中設有管道式日光照明系統(tǒng)，把地面光線引入至地下20 m的旅客出站換乘大廳內，以營造通透開敞的空間效果。

地下空間光導照明節(jié)能系統(tǒng)由采光器、導光筒、漫射器組成，運行原理是通過采光系統(tǒng)采集光源，由導光筒對收集到的自然光進行折射反射，引導自然光到難以收集自然光的房間，再經過漫射器分散到房間中，從而達到電照明的效果[10]35-36。

管道式日光照明系統(tǒng)在運行時完全不用電，不產生熱輻射，大大降低了空調負荷。

通過運營后測算，本項目使用144套日光照明系統(tǒng)每年可節(jié)約35.85萬元。日光照明系統(tǒng)使用壽命為50年，按此計算共節(jié)約1 792.5萬元。

3.5 其它方面節(jié)能措施

(1)由于沒有土地成本，廣場綠化已成為城市中心區(qū)最廉價的綠化方式。地面廣場人流密集，對地面廣場及其周圍環(huán)境進行綠化設計，可以調節(jié)和改善氣候，調節(jié)碳和氧的平衡，削弱溫室效應，并可減少城市的空氣污染及噪聲，遮陰保溫，是改善地區(qū)的微觀氣候、改善室內環(huán)境、建設節(jié)能的有效措施。

(2)合理配備設備系統(tǒng)容量，以實現(xiàn)運營節(jié)能的目的。本項目設有建筑設備監(jiān)控系統(tǒng)(BAS)，變配電、空調制冷、供暖通風、給水排水、電扶梯、公共區(qū)域照明及景觀照明系統(tǒng)、應急電源等均納入BAS系統(tǒng)進行控制或監(jiān)視[11]。

4 結論

經測算，本建筑的單位面積全年能耗小于參照建筑的單位面積全年能耗，節(jié)能率為50.24%。

(1)本項目鐵路車站限制了建筑朝向，但在總體規(guī)劃中，根據(jù)建筑功能要求和當?shù)氐臍夂騾?shù)，科學合理地確定了地下空間、軌道交通平面布置，盡量減小規(guī)模、減小埋深；設備房間布置考慮資源共享，減小規(guī)模。單體設計中，出地面的出入口、風亭等在滿足消防、環(huán)保要求的前提下合并設置。

(2)開發(fā)節(jié)能新產品，采用光導照明技術，充分利用天然光資源既解決了建筑采光問題，又可完全替代白天電力照明，節(jié)約大量能源的同時也帶來健康舒適的工作環(huán)境[10]5-7，對于節(jié)約能源、保護環(huán)境具有重要意義。

綜上所述，超大型樞紐建筑的圍護結構、電氣節(jié)能、自動扶梯、采暖與通風空調是節(jié)能設計的關鍵因素，采用先進技術與方法對這些關鍵因素進行優(yōu)化與智能化，使建筑能源損耗進一步降低，可以更好地推進我國建筑業(yè)節(jié)能進程[12]。